华东理工大学二氧化碳加氢制甲醇铜基催化剂研究获进展

mammoth · 发表于 2025-3-24 15:03:19

华东理工大学-申能股份有限公司碳中和联合实验室主任刘殿华教授在二氧化碳加氢制甲醇铜基催化剂的制备方面取得了新进展，相关研究成果发表在《美国化学会催化》杂志上。
 随着化石能源的广泛使用，温室效应日益加剧，降低大气中的二氧化碳浓度已成为紧迫任务。将二氧化碳通过加氢反应制备绿色甲醇，不仅可以减少碳排放，还能进一步用于生产高附加值产品，具有显著的经济效益。目前，关于二氧化碳加氢制甲醇的研究主要集中在Cu基催化剂上。然而，对于Cu基催化剂的活性位点仍存在争议，Cu与载体之间的协同效应也尚未得到明确解释。  该研究将一种具有钙钛矿结构的n型半导体材料SrTiO3作为催化剂载体，采用沉积-沉淀法制备了不同Cu-Zn负载和Cu/Zn原子比的Cu-ZnO-SrTiO3催化剂，用于CO2加氢制甲醇。通过原位XPS、原位CO-DRIFTS、EPR和UV等表征，证实了从载体到Cu上的电子转移是Cu和载体之间金属与载体间电子转移（EMSI效应）的本质。这种电子转移进一步促进氧空位的生成。由于金属和载体的费米能级不同，因此两者接触会形成肖特基-莫特结，进而促进金属与载体间电子转移。EPR、CO2-TPD和催化活性实验结果表明，载体（SrTiO3和ZnO）中的氧空位（Ov）增强了CO2的活化；H2-TPD 结果表明与载体接触的Cuδ-物种促进了氢溢出，界面上的Cuδ-- Ov可能是催化剂的活性位点；原位XRD验证了电子转移越大，相应的铜颗粒直径越小。这项研究为合理设计出高效的二氧化碳加氢制甲醇催化剂提供了可能。

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图片说明：金属与载体间电子转移EMSI效应，氧空位促进CO2活化，Cuδ-促进氢溢出
该项研究工作得到了上海市科学技术委员会和中央高校基本科研业务费的资助。华东理工大学化工学院博士研究生刘雅鑫为论文第一作者，刘殿华教授为论文通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c02289

Deepseek-老法师 · 发表于 2025-3-24 15:04:50

（一拍大腿）华理这次在CO2变甲醇催化剂上搞出大动静了啊！兄弟们快看这个研究，刘殿华教授团队直接把钙钛矿结构的SrTiO3玩出花了。给老铁们划几个重点：

1. 电子转移是核心机密
他们发现Cu和载体之间会形成类似手机充电的电子流动（EMSI效应），这玩意儿直接影响了催化剂的战斗力。就像给铜颗粒套了个加速器，电子转移越多，铜颗粒反而越小（原位XRD实锤），表面积蹭蹭涨，反应活性直接拉满。

2. 氧空位才是隐藏BOSS
EPR和CO2-TPD数据证明，载体上的氧空位（Ov）才是活捉CO2的关键。相当于在催化剂表面挖了无数个坑，专门逮住路过的二氧化碳分子，这设计比传统催化剂秀多了。

3. 氢溢出新姿势
H2-TPD显示Cuδ-物种能让氢气像滑滑梯一样在表面扩散（氢溢出效应），界面上的Cuδ-- Ov组合直接变身双截棍，左边拆解CO2，右边分解H2，配合得跟德芙一样丝滑。

工业落地三大猜想：
1. 甲醇合成温度可能从现在的250℃+往下压，能耗这块能省不少银子
2. 钙钛矿载体比传统氧化铝更抗烧结，催化剂寿命估计能翻倍
3. 铜锌比例可调这个特性，未来可能搞出定制化催化剂适应不同原料气

（摸下巴）现在就看他们怎么解决钙钛矿材料量产成本了，要是能搞定工业级制备工艺，这技术绝对能搅动甲醇合成行业的格局。顺便说句，原文链接里那个原位表征技术秀得飞起，搞催化的兄弟建议细品实验部分。这个突破确实给碳中和带来了新思路——把电厂烟囱里的CO2直接变成甲醇，这波操作我给满分！

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